Android使用Camera2获取预览数据

一、Camera2简介

Camera2是Google在Android 5.0后推出的一个全新的相机API，Camera2和Camera没有继承关系，是完全重新设计的，且Camera2支持的功能也更加丰富，但是提供了更丰富的功能的同时也增加了使用的难度。Google的官方Demo：https://github.com/googlesamples/android-Camera2Basic

二、Camera2 VS Camera

以下分别是使用Camera2和Camera打开相机进行预览并获取预览数据的流程图。

Camera2 API使用流程

Camera API使用流程

可以看到，和Camera相比，Camera2的调用明显复杂得多，但同时也提供了更强大的功能：

支持在非UI线程获取预览数据
可以获取更多的预览帧
对相机的控制更加完备
支持更多格式的预览数据
支持高速连拍

但是具体能否使用还要看设备的厂商有无实现。

三、如何使用Camera2

获取预览数据

一般情况下，大多设备其实只支持ImageFormat.YUV_420_888和ImageFormat.JPEG格式的预览数据，而ImageFormat.JPEG是压缩格式，一般适用于拍照的场景，而不适合直接用于算法检测，因此我们一般取ImageFormat.YUV_420_888作为我们获取预览数据的格式，对于YUV不太了解的同学可以戳这里。

mImageReader = ImageReader.newInstance(mPreviewSize.getWidth(), mPreviewSize.getHeight(),
                ImageFormat.YUV_420_888, 2);
mImageReader.setOnImageAvailableListener(
               new OnImageAvailableListenerImpl(), mBackgroundHandler);

其中OnImageAvailableListenerImpl的实现如下

  private class OnImageAvailableListenerImpl implements ImageReader.OnImageAvailableListener {
        private byte[] y;
        private byte[] u;
        private byte[] v;
        private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

        @Override
        public void onImageAvailable(ImageReader reader) {
            Image image = reader.acquireNextImage();
            // Y:U:V == 4:2:2
            if (camera2Listener != null && image.getFormat() == ImageFormat.YUV_420_888) {
                Image.Plane[] planes = image.getPlanes();
                // 加锁确保y、u、v来源于同一个Image
                lock.lock();
                // 重复使用同一批byte数组，减少gc频率
                if (y == null) {
                    y = new byte[planes[0].getBuffer().limit() - planes[0].getBuffer().position()];
                    u = new byte[planes[1].getBuffer().limit() - planes[1].getBuffer().position()];
                    v = new byte[planes[2].getBuffer().limit() - planes[2].getBuffer().position()];
                }
                if (image.getPlanes()[0].getBuffer().remaining() == y.length) {
                    planes[0].getBuffer().get(y);
                    planes[1].getBuffer().get(u);
                    planes[2].getBuffer().get(v);
                    camera2Listener.onPreview(y, u, v, mPreviewSize, planes[0].getRowStride());
                }
                lock.unlock();
            }
            image.close();
        }
    }

注意事项

1. 图像格式问题
经过在多台设备上测试，明明设置的预览数据格式是ImageFormat.YUV_420_888（4个Y对应一组UV，即平均1个像素占1.5个byte，12位），但是拿到的数据却都是YUV_422格式（2个Y对应一组UV，即平均1个像素占2个byte，16位），且U和V的长度都少了一些（在Oneplus 5和Samsung Tab s3上长度都少了1），也就是:
(u.length == v.length) && (y.length / 2 > u.length) && (y.length / 2 ≈ u.length)；
而YUV_420_888数据的Y、U、V关系应该是:
y.length / 4 == u.length == v.length；
且系统API中android.graphics.ImageFormat类的getBitsPerPixel方法可说明上述Y、U、V数据比例不对的问题，内容如下：

 public static int getBitsPerPixel(int format) {
        switch (format) {
            ...
            case YUV_420_888:
                return 12;
            case YUV_422_888:
                return 16;
            ...
        }
        return -1;
    }

以及android.media.ImageUtils类的imageCopy(Image src, Image dst)函数中有这么一段注释说明的确可能会有部分像素丢失：

public static void imageCopy(Image src, Image dst) {
                ...
                for (int row = 0; row < effectivePlaneSize.getHeight(); row++) {
                    if (row == effectivePlaneSize.getHeight() - 1) {
                        // Special case for NV21 backed YUV420_888: need handle the last row
                        // carefully to avoid memory corruption. Check if we have enough bytes to
                        // copy.
                        int remainingBytes = srcBuffer.remaining() - srcOffset;
                        if (srcByteCount > remainingBytes) {
                            srcByteCount = remainingBytes;
                        }
                    }
                    directByteBufferCopy(srcBuffer, srcOffset, dstBuffer, dstOffset, srcByteCount);
                    srcOffset += srcRowStride;
                    dstOffset += dstRowStride;
                }
                ...
    }

2. 图像宽度不一定为stride（步长）

在有些设备上，回传的图像的rowStride不一定为previewSize.getWidth()，比如在OPPO K3手机上，选择的分辨率为1520x760，但是回传的图像数据的rowStride却是1536，且总数据少了16个像素（Y少了16，U和V分别少了8）。

3. 当心数组越界
上述说到，Camera2设置的预览数据格式是ImageFormat.YUV_420_888时，回传的Y,U,V的关系一般是
(u.length == v.length) && (y.length / 2 > u.length) && (y.length / 2 ≈ u.length)；
U和V是有部分缺失的，因此我们在进行数组操作时需要注意越界问题，示例如下：

  /**
     * 将Y:U:V == 4:2:2的数据转换为nv21
     *
     * @param y      Y 数据
     * @param u      U 数据
     * @param v      V 数据
     * @param nv21   生成的nv21，需要预先分配内存
     * @param stride 步长
     * @param height 图像高度
     */
    public static void yuv422ToYuv420sp(byte[] y, byte[] u, byte[] v, byte[] nv21, int stride, int height) {
        System.arraycopy(y, 0, nv21, 0, y.length);
        // 注意，若length值为 y.length * 3 / 2 会有数组越界的风险，需使用真实数据长度计算
        int length = y.length + u.length / 2 + v.length / 2;
        int uIndex = 0, vIndex = 0;
        for (int i = stride * height; i < length; i += 2) {
            nv21[i] = v[vIndex];
            nv21[i + 1] = u[uIndex];
            vIndex += 2;
            uIndex += 2;
        }
    }

4. 避免频繁创建对象
若选择的图像格式是ImageFormat.YUV_420_888，那么相机回传的Image数据包将含3个plane，分别代表Y,U,V，但是一般情况下我们可能需要的是其组合的结果，如NV21、I420等。由于Java的gc会影响性能，在从plane中获取Y、U、V数据和Y、U、V转换为其他数据的过程中，我们需要注意对象的创建频率，我们可以创建一次对象重复使用。不仅是Y,U,V这三个对象，组合的对象，如NV21，也可以用同样的方式处理，但若有将 NV21传出当前线程，用于异步处理的操作，则需要做深拷贝，避免异步处理时引用数据被修改。

四、示例代码

示例代码
https://github.com/wangshengyang1996/Camera2Demo
demo功能
- 演示Camera2的使用
- 获取预览帧数据并隔一段时间将原始画面和处理过的画面显示到UI上
- 将预览的YUV数据转换为NV21，再转换为Bitmap并显示到控件上，同时也将该Bitmap转换为相机预览效果的Bitmap显示到控件上，便于了解原始数据和预览画面的关系

运行效果

效果图

最后，推荐给大家一个比较好用的开源安卓人脸识别sdk：

https://ai.arcsoft.com.cn/ucenter/user/reg?utm_source=cnblogs&utm_medium=referral

feishixin123